简易函数发生器.docx
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简易函数发生器
广西大学
课程设计报告
课程名称：
低频电子线路
组长：
陈锡广
组员：
张杰黄建华韩东旭韩士旺
设计一个简易函数信号发生器
设计要求
1．产生方波、三角波，频率10Hz~1KHz可调。
2．将三角波转换成正弦波。
3．将正弦波全波整流。
4.设计一个低通滤波器，滤出全波整流后的直流成分。
设计电路，并仿真验证。
1简易函数信号发生器方案
低通滤波器
桥式整流电路
积分电路
积分电路
1.1原理框图
方波—————三角波—————正弦波—————全波整流—————低通滤波
该发生器通过将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可组成矩形波信号发生器。
然后经过积分电路产生三角波。
三角波通过低通滤波电路来实现正弦波的输出。
正弦波通过桥式整流电路实现全波整流。
最后在通过RC无源低通滤波器滤掉交流成分，输出直流。
该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便.
2．各组成部分的工作原理
2.1方波发生电路的工作原理
图2方波信号发生原理
充放电波形
此电路由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。
RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。
设某一时刻输出电压+Uz,,此时滞回电压比较器的门限电压为ＵTH2。
输o通过R对电容C１正向充电，充电波形如图3箭头所示。
当该电压上升到ＵTH2时，电路的输出电压变为－UZ,门限电压也随之变为UTH1，电容C1经电阻R放电。
当该电压下降到ＵTH１时输出电压又回到+Uz，电容又开始正相充电。
上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。
O
UTH1
UTH2
图３ 方波信号发生波形
2.2方波--三角波转换电路的工作原理
１.电路的组成
图4积分电路产生三角波
根据RC积分电路输入和输出信号波形的关系可知，当ＲＣ积分电路的输入信号为方波时，输出信号就是三角波，由此可得，利用方波信号发生器和ＲＣ积分电路就可以组成三角波信号发生器。
如图４
该电路的工作原理是：
方波信号发生器输出的方波输入积分电路，在积分电路的输出端得到三角波信号。
积分电路的输出端除了输出三角波信号外，还通过电阻Ｒ１.Ｒp1将三角波信号反馈到滞回电压比较器的输入端，将三角波信号整形变成方波信号输出。
该电路工作波形图如图５
图５三角波
２.振荡频率
因为，该电路振荡信号的频率与三角波输出信号的幅度有关，所以要确定该电路的振荡频率，必须先确定三角波信号的输出幅度。
三角波输出信号的幅度等于滞回电压比较器的阈值电压，根据叠加定理可求出滞回电压比较器的阈值电压为
u+=UOR1/（R1+R2）-UOR2（R1+R2）=u-=0
由此可得输出信号的幅度为：
Uom=UTH=R1Uz/R2
设积分电路的输出电压从+Uom到－Uom所需要的时间为t，根据积分电路输出电压和输入电压的关系式可得
2Uom=uo1*t/（C*R4）
即t=2R4*C1*Uom/Uz=2R1*R4*C1/R2
因三角波信号的周期为2t,所以三角波输出信号的频率为
f=R2/（4R1*R4*C1）
2.3三角波--正弦波转换电路的工作原理
图6三角波产生正弦波原理图
原理：
采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。
图7 正弦波
2.4正弦波全波整流的原理
图8 桥式整流电路
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍
2.5低通滤波器
低通滤波器的原理是利用电容通高频阻低频,电感通低频阻高频。
2.6总电路图
可通过调节R8的电阻改变输出波形的频率
3.用Multisim10电路仿真
3.1输出方波电路的仿真
用Multisim10电路仿真软件进行仿真。
从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如图10所示的输出方波仿真图。
图10输出方波电路的仿真
3.2三角波电路的仿真
方法同输出方波电路的仿真方法，可得图11所示的方波转三角波波形仿真图。
图11 输出三角波电路的仿真
3.3正弦波电路的仿真
方法同输出方波电路的仿真方法，可得图12所示的正弦波波形仿真图。
图13 输出正弦波电路的仿真
3.4全波整流的仿真
图14 输出全波整流后的仿真
3.5无源低通滤波器的仿真
直流
交流
图15 滤波后的仿真
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